Advanced Functional Materials:可控Ni2+掺杂抑制Mn2O3阴极锰溶解实现高性能锌离子电池

水系锌离子二次电池(ZIBs)由于其具有安全性高、成本低、能量密度和功率密度高、环境友好等优点,近年来引起了广泛的研究兴趣。其中锰基材料被认为是锌离子电池中最具潜力的阴极材料。 但是,由于其较差的导电性,以及由于体积膨胀和锰溶解造成较差的可逆性最终限制了锰基材料的进一步发展。因此锰基材料导电性能的提高以及溶解情况的抑制对于提高锌离子电池的电化学性能至关重要。至今,人们已经在改善锰基材料性能方面做了大量研究,其中离子掺杂可以通过改善体系的电荷分布和稳定内部结构来改善其电化学性能,但是其具体机理还有待研究。

朱拉隆功大学秦家千研究员联合燕山大学张新宇教授, 华中科技大学黄云辉教授,以及南方科技大学王善民教授在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Inhibition of Manganese Dissolution in Mn2O3 Cathode with Controllable Ni2+ Incorporation for High‐Performance Zinc Ion Battery”的研究工作。

这项工作开发了一种由NiMn双金属氢氧化物(NiMn-LDH)衍生的Ni2+掺杂的Mn2O3(NM)。其中Ni2+的掺杂可以促进Mn2O3内部的电荷重排并增强电导率,最终改善NM的反应动力学和电化学性能。而且,掺杂的Ni2+可以通过降低形成能来有效地稳定Mn2O3的Mn-O键,以此抑制锰溶解,最终实现具有高可逆性的Mn2O3。另外,通过相应的表征手段证明了基于H+和Zn2+的同时插入和转化的电化学机理。并且通过进行软包电池测试进一步验证了其在实际应用的可行性。

相关成果以“Inhibition of Manganese Dissolution in Mn2O3 Cathode with Controllable Ni2+ Incorporation for High‐Performance Zinc Ion Battery”为题,在线发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.202009412)上。

通讯作者介绍

秦家千, 博士,泰国朱拉隆功大学研究员,博士生导师,长期从事新材料的制备与应用的研究工作,已在国际一流刊物上发表论文100余篇,申请专利30余项,已获授权专利15项。目前担任Scientific Reports和Journal of Metals, Materials and Minerals编辑。秦家千博士领导的能源转换与储存实验室隶属于朱拉隆功大学冶金与材料科学研究所,是研究所主要研究组之一。目前,本实验成员由教授,博士后,在读博/硕士及本科生组成。主要从事储能材料及新型电池技术的研究与开发。实验室目前得到泰国能源部,泰国国家研究基金理事会(National Research Council of Thailand), 泰国国家科学与技术发展局(National Science and Technology Development Agency),朱拉隆功大学的energy storage cluster, Research Unit of Advanced Materials for Energy Storage, Center of Excellence in Smart Wearable Devices等项目支持,已具有先进电池实验所需所有设备。本实验室有一定朱拉隆功大学C2F奖学金支持的博士后和博士生名额,欢迎咨询:jiaqian.q@chula.ac.th